江苏省邳北石膏矿采空地面塌陷监测预警分析研究

江苏省邳北石膏矿是典型的房柱式开采矿区,形成的采空区存在安全隐患,为解决石膏矿采空区监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿开展了远程监测预警工作。通过上覆含水层水位动态监测及岩层移动监测,自动化采集数据并传输分析,在监测过程中设定水位变化或岩层移动极值,当水位变量或岩层移动超出极值时触发报警,在地面塌陷发生前进行有效的预警。本次通过示范区建设,结果表明:在地面塌陷的过程中,地下水监测预警机制可提前10 h左右做出预警,为防灾减灾工作提供了较充足的准备时间。为国内石膏矿地质灾害防治和监测预警工作提供参考。     

应用光纤传感技术进行岩溶塌陷监测预报的关键问题探讨

在总结上世纪80年代以来岩溶塌陷监测预报方法的基础上,从岩溶塌陷自身特点和光纤传感技术监测原理出发,对目前光纤传感技术应用于岩溶塌陷监测预报急需解决的关键技术问题进行了探讨分析,主要包括环境温度影响、光纤敷设和预报模型建立三个方面。光纤本身的光学特性决定环境温度变化会影响光纤的变形测量,其解决办法主要是进行温度补偿和监测数据修正处理;光纤敷设,主要是解决光纤与岩土体同步变形问题,其办法是通过室内实验确定适宜的胶结剂和最优配比;建立光纤应变与岩土体变形的关系模型是应用光纤传感技术进行岩溶塌陷监测预报的关键,其解决办法为室内模拟实验。      

岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验

根据岩溶土洞(塌陷)变形演化特点,分析土体与传感光纤之间的力学关系,简化塌陷力学模型,加工塌陷模拟试验装置并进行试验。首先通过对光纤加载和卸载来模拟土洞形成过程顶板荷载的变化及分析传感光纤相应的变形和轴向应变特点,然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响。研究表明:在土洞形成过程中,因土洞规模和上覆土层荷载不一而导致的应力场的分布变化,以及不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差异,是影响分布式光纤传感技术在岩溶土洞中应用的关键因子。文中所标定的光纤传感试验装置能较好地显示岩溶土洞形成演化过程中的应变变化特征,说明分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞的监测预警。      

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

岩溶塌陷的光纤传感监测试验研究

通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,研究了BOTDR光纤传感技术在岩溶塌陷(或沉陷)监测中的应用.试验中模拟了岩溶水的开采导致塌陷的过程,并实时监测光纤的变形过程及所观测到的土层破坏情况,试验结束后,垂直开挖剖面,检验光纤监测结果的可靠性.结果显示:光纤的应变峰值与土层的扰动、掏空相对应,可判断塌陷发生的位置;由不同层位的光纤应变变化,可判断土层扰动带垂直方向的发展过程;由光纤时间序列的变化趋势,可判断土层扰动带水平方向的发展方向.研究成果表明,BOTDR光纤传感技术监测塌陷的发生是可行的,效果较好.     

基于BOFDA的地面塌陷变形分布式监测模型试验研究

地面塌陷变形作为一种分布广泛的地质灾害已成为目前城市发展中亟待解决的一个问题。文章使用布里渊光频域分 析（BOFDA）技术对地面塌陷变形进行分布式监测模型实验研究。利用自制的地面塌陷物理模型,对不同类型、不同厚度 土体在塌陷过程中的变形进行分布式光纤监测,并对其试验结果进行对比分析。结果表明：基于BOFDA分布式光纤传感技 术可有效捕捉到地面塌陷变形的发生和发展过程,并较为准确地反映出地面的塌陷变形规律。研究结果为该技术在地面塌 陷变形监测的推广应用提供一定的参考依据。     

深圳市龙岗中心城岩溶塌陷光纤传感监测研究

岩溶塌陷具有的突发性、隐蔽性、不确定性,使其监测、预警预报问题一直未解决。通过多年的研发,光纤传感器监测技术已成为当今最为先进的岩土变形现场监测技术,特别是BOTDR技术,它的分布式、长距离、远程实时监控以及光纤耐久性好的特点正好弥补了传统监测技术的不足。目前光纤传感技术在岩溶塌陷（沉陷）灾害的监测上开展工作较少,本次工作主要目的为利用光纤传感技术实时监测岩溶塌陷。     

地面塌陷分布式光纤感测模型试验研究

突发性地面塌陷对城市安全构成巨大威胁,掌握塌陷土体变形过程对地面塌陷事故的预测预报至关重要。基于分布式光频域反射（optical frequency domain reflectometry,简称 OFDR ）和粒子图像测速（particle image velocimetry,简称 PIV）技术,开展了地面塌陷模型试验,研究了塌陷过程中土体沉降的时空分布规律,并探究了不同应变感测光缆锚固方式对光纤监测结果的影响。结果表明：光纤应变监测曲线准确地反映了不同塌陷阶段上覆土体的变形状态,揭示了土体内部应变的演化机制;在光缆上设置圆片锚板,可以有效增强光缆与土体界面的耦合变形程度;在一定的埋置深度下,随着锚板尺寸的增大,光缆与土体间的变形协调性越好。研究结果显示,分布式应变传感技术在地面塌陷变形监测中具有较好的适用性,为该类地质灾害的早期识别提供了一种有力的工具。     

基于GIS的岩溶塌陷分布式光纤监测系统的研发

结合某地区的岩溶塌陷分布式光纤监测的工程实例,开发出一套基于GIS技术的分布式光纤监测数据管理系统。该系统具有监测数据自动入库、监测数据可视化、监测信息查询与对比、监测点实时预警等功能,是一套集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。     

石膏矿区采空地面塌陷易发性分区与监测预警研究

邳州市邳北石膏矿区采空地面塌陷日益严重,为防治地质灾害,市政府于2016年进行了石膏矿区采空地面塌陷专项地质灾害防治规划。通过分析矿区已有资料、分析已发塌陷点和现场调查,阐述了采空区地面塌陷的特点与危害,并采用模糊综合评判方法对地面塌陷的易发性进行了分区。根据分区结果,结合人员密集程度,提出了区域采空区综合治理和地面塌陷地质灾害防治监测预警的措施和方法,为地质灾害防治工作提供依据。     

基于ARCGIS的矿山开采沉陷灾害预警系统

为了实现与环境协调的矿产资源开采,提出建立并开发了矿山开采沉陷灾害预警系统。以美国大型软件ARCGIS为开发平台,采用ARCMap Object开发方法开发了矿山开采沉陷灾害预警系统;建立了该系统计算参数的位移反分析模型,引入单纯形优化方法,编制了系统计算参数的位移反分析模块;进行了实例计算分析。第1个实例分析了某工作面开采引起的地表沉陷灾害,并与CXYJ2001的计算结果对比,验证了系统的计算可靠性,并展示了系统的功能。第2个实例是对江苏姚桥煤矿开采方案引起的地表沉陷灾害预警分析,优化了开采方案。研究表明,系统是实现与环境协调的矿产资源开采的重要辅助手段。最后,介绍了进一步工作的方向。     

基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统

光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层（Ad2、Ad3、Ad4）;受季节性地下水开采的影响,钻孔100～400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。     

煤矿突水监测预警系统中的关键技术

开展煤矿水害预警监测是实现煤矿安全开采、减少水害损失的关键。通过对煤矿突水监测预警系统研究和发展现状的分析,结合部分矿井的监测实践,指出煤矿突水监测预警系统中的关键技术是监测参数的选择、监测设备的稳定性与精确度、监测地点的选择与钻孔布置、预警阈值及报警设置等4个方面,提出了煤矿突水监测预警系统优化和完善的思路。     

矿井水情监测与水害风险预警平台设计与实现

任何矿井水害事故均会显现不同的预兆,为夯实水害智能预警基础,明晰了感知、辨识、评估、预测及相互逻辑关系的系统建设内涵,针对不同水害类型,根据其突水机理不同,设计三大类多模式水害典型场景,建立相应突水判据,提出了确定性理论精确预测与包括大数据及深度学习在内的非确定性趋势推测两类预测方法,为智能预警系统的预测预报、预警准则及阈值设置奠定理论基础。以陕西省彬长矿区亭南矿为例,建立了动态信息、静态信息及关联信息的指标体系,将地面水文动态监测单元、井下水情环境监测单元以及采掘工作面采动动态监测单元集成,构建原位采集和突水要素预兆感知系统,实施基于关键层电性参数动态监测、关键部位单点或多点多参数监测联合布置的突水前兆信息精准获取方案,采用确定性模拟模型和非确定性智能模型,实现水害预测预警功能,基于多源数据融合和空间联动分析技术,预警系统实现了井上下全空间水害风险预警“一张图”的可视化展示。实践表明,监测预警平台理论基础扎实,预测预警效果显著。     

基于遥感的木里煤矿区矿山地质环境监测及评价

为揭示木里煤矿开采对生态环境的破坏程度,通过2010年和2013年2期高分辨遥感影像监测,野外调查和水土样品采集,开展了矿山地质环境问题和承载力的调查,查明了问题并对其破坏程度和承载能力进行了评价。结果表明,矿区地形地貌景观和土地资源占压与破坏严重,河水受到Cu、Pb、Cr和Zn的污染,土壤受到Cd、As污染,高山草甸和沼泽地破坏及退化现象严重,冻土含水层结构遭到破坏,地质环境承载力适中。评价结果可为政府和矿山企业开展矿山地质环境恢复治理提供基础资料。     

基于四旋翼无人机的宁夏羊场湾煤矿采煤沉陷量监测

小型无人机遥感技术具有成本低、操作灵活便利等优点,在地质调查中的作用愈来愈重要。采煤地表沉陷量变形监测是掌控采煤地表岩移变形规律和治理塌陷的关键性工作。重点探索四旋翼无人机遥感技术监测在羊场湾煤矿Y120212工作面采煤沉陷量的监测研究,通过野外踏勘与控制点布设、无人机航线规划与执行、4D产品制作的工作程序和监测方法,探索无人机遥感技术监测在矿山地质塌陷监测的应用。研究结果表明,通过对无人机遥感技术生成的DSM处理,经过多期地面高程的对比,得到Y120212工作面最大沉陷量达6.5m。结合分析、对比,无人机遥感技术可以实现采煤塌陷区地表沉陷变形监测,进而形成和发展了煤矿地面塌陷新的监测技术。     

宁夏羊场湾煤矿浅埋煤层开采地面塌陷发育规律及形成机理

以宁夏羊场湾煤矿Y110207工作面为研究对象,采用无人机遥感技术、野外调查与有限差分软件模拟方法研究浅埋煤层开采的地面塌陷类型、发育规律及其形成机理。(1)浅埋煤层开采地面塌陷以地表裂缝发育为主,地表破坏严重。(2)平行切眼裂缝间隔性出现,展布于整个工作面内,间隔距离为10～120m,局部裂缝形成错台高度约为15cm。平行顺槽裂缝为拉张型裂缝,发育在顺槽至外围一定范围。(3)采煤活动导致地下形成采空区,上覆岩层发生移动破坏,破坏区分为剪切破坏区、拉张破坏区及剪-拉破坏区,分别对压应力区、拉应力区和压-拉转化区。(4)当应力扰动传递至地表,应力值超过覆盖层抗拉强度时地表产生裂缝。随着工作面推进,覆岩内部裂缝带上行裂缝与地表下行裂缝贯通,形成错台。研究成果丰富了该区浅埋煤层的地面塌陷理论知识,为地面塌陷防治提供了理论依据。     

基于WEBGIS与三库一体模式的土壤盐渍化监测预警系统平台研发

随着计算机应用操作技术不断进步,软件技术的不断完善以及可视化技术的蓬勃发展,使WEBGIS系统的可操作性能越来越好。本文以新疆渭库绿洲盐渍地为背景,提出了基于GIS、网络技术与安全监测相结合的WEBGIS与"三库一体模式"技术的平台。首先根据大量野外实测数据、文献资料、人文经济数据、基础地理地质等数据建立SQL Server数据库,之后以集成适用于盐渍地特点的21种监测模型的模型库为主导,调用盐渍化分析方法,提取数据进行相关计算,对模型求解并辅助专家进行决策。本系统采用B/S模式,HTML(超文本标记语言)设计并建立盐渍化监测预警模型,分析评价盐渍化程度、影响及其发展趋势,从而开发出盐渍化监测与预警智能分析相结合的系统工程应用网络。系统实现了数据库的储存、分析和管理;盐渍化监测模型分析;信息结果发布等功能。提高了地理空间信息的表现力,促进了干旱区信息化应用水平和信息共享平台扩展,为区域可持续发展提供了强有力的技术支撑。     

江苏省邳州石膏矿区采空地面塌陷发育特征与防治对策研究

采空地面塌陷是江苏省邳州石膏矿区最主要的地质灾害类型,具有突发性、偶然性、隐蔽性等特点,矿区上方人口密集,耕地、河流分布广泛,对矿区内居民生命财产安全危害较大。在该区以往地质工作研究的基础上,通过对已发生的地面塌陷进行野外地质调查,综合分析了塌陷坑所处的基础地质条件、工程地质条件、水文地质条件、采空区形成历史、塌陷坑的形态、塌陷发展过程和人类工程活动等要素。结果表明: 邳州石膏矿老采空区主要分布于矿区中部及西部,其规格严重偏离房柱法开采规范要求,整体稳定性差,常形成面状地面变形和波状地面塌陷等; 近期采空区主要分布于中部及东部,常形成点状地面塌陷; 巷道开拓区,主要位于中东部新建矿井区,常形成点状地面塌陷及塌陷隐患点。根据国内对石膏矿区采空地面塌陷的治理经验,结合本区实际情况,提出了一系列防治措施,以便有效规避灾害风险。该研究对矿区下一步开展采空地面塌陷治理工作提供了技术支撑。